[論文レビュー] A New Iron Pnictide Oxide (Fe2As2)(Ca5(Mg,Ti)4Oy) and a New Phase in Fe-As-Ca-Mg-Ti-O system

Hiraku Ogino, Yasuaki Shimizu+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2010

Iron-based superconductors research被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、Sc-dopedと同一の層状構造を示し、バルク超伝導を示す新しい鉄アーセナイド酸化物、(Fe2As2)(Ca5(Mg,Ti)4Oy)が報告された。また、より厚い遮蔽層を有する第二相、(Fe2As2)(Ca8(Mg,Ti)6Oy)が同定され、Fe-Fe間隔は約30 Åであった。両相とも磁化および抵抗率測定により確認された。

ABSTRACT

A new layered iron arsenide oxide (Fe2As2)(Ca5(Mg,Ti)4Oy) and its structural derivative were found in the Fe-As-Ca-Mg-Ti-O system. The crystal structure of (Fe2As2)(Ca5(Mg,Ti)4Oy) is identical to that of (Fe2As2)(Ca5(Sc,Ti)4Oy), which was reported in our previous study. The lattice constants of this compound are a = 3.86(4) A and c = 41.05(2) A. In addition, another phase with a thicker blocking layer was found. The structure of the compound and its derivative was tentatively assigned through STEM observation as (Fe2As2)(Ca8(Mg,Ti)6Oy) with sextuple perovskite-type sheets divided by a rock salt layer. The interlayer Fe-Fe distance of this compound is ~30 A. The compound and its derivative exhibited bulk superconductivity, as found from magnetization and resistivity measurements.

研究の動機と目的

• MgおよびTiをドープすることで、Fe-As-Ca-Mg-Ti-O系における新しい鉄ベース超伝導体の探索。
• 潜在的な超伝導特性を示す新しい層状酸化物pnict化物相の同定。
• Ca5(Mg,Ti)4Oy遮蔽層内の構造的変異とそれらが超伝導性に与える影響の調査。
• 高度な特性評価技術を用いた新規に合成された相の結晶構造および超伝導挙動の特定。

提案手法

• 制御された条件下での固体反応法を用いたFe-As-Ca-Mg-Ti-O化合物の合成。
• 原子配列および層状構造を同定するための走査型透過電子顕微鏡（STEM）を用いた構造的特徴化。
• X線回折を用いた格子定数の決定により、(Fe2As2)(Ca5(Mg,Ti)4Oy)のa = 3.86(4) Åおよびc = 41.05(2) Åが得られた。
• より厚い相は、ルースアート層で分離されたセクステットペロブスカイト型シートを有すると構造的割り当てされた。(Fe2As2)(Ca8(Mg,Ti)6Oy)。
• バルク超伝導転移の確認のための磁化および抵抗率測定。
• 以前に報告された (Fe2As2)(Ca5(Sc,Ti)4Oy) 化合物と構造的および超伝導的性質を比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MgおよびTiをドープしたFe-As-Ca-Mg-Ti-O系において、どのような新しい鉄アーセナイド酸化物相が形成されるか？
• RQ2 Caを主体とする遮蔽層の厚さが結晶構造および超伝導特性にどのように影響するか？
• RQ3 新規に同定された (Fe2As2)(Ca5(Mg,Ti)4Oy) 相と、以前に報告されたSc-dopedアナログとの構造的関係は何か？
• RQ4 新たに発見された相はバルク超伝導を示す可能性があり、その転移温度はどの程度か？
• RQ5 新規相における層間Fe-Fe距離は、既知の鉄ベース超伝導体と比較してどうなるか？

主な発見

• 格子定数 a = 3.86(4) Åおよびc = 41.05(2) Åを有する新しい鉄アーセナイド酸化物 (Fe2As2)(Ca5(Mg,Ti)4Oy) が合成された。
• (Fe2As2)(Ca5(Mg,Ti)4Oy) の結晶構造は、(Fe2As2)(Ca5(Sc,Ti)4Oy) と同一であり、ドーパントが異なっても構造的類似性が確認された。
• より厚い遮蔽層を有する第二相 (Fe2As2)(Ca8(Mg,Ti)6Oy) が同定され、層間Fe-Fe距離は約30 Åであった。
• 厚い相の構造は、一時的な割り当てとして、ルースアート層で分離されたセクステットペロブスカイト型シートを有するとされた。
• (Fe2As2)(Ca5(Mg,Ti)4Oy) および (Fe2As2)(Ca8(Mg,Ti)6Oy) 両相とも、磁化および抵抗率測定によりバルク超伝導を示した。
• 本発見により、調整可能な遮蔽層を有する鉄ベース超伝導体の家族が拡張され、超伝導特性の向上が期待される。